LoRa and LoRaWAN®: Technologien für Kommunikation zwischen Geräten

LoRa: Was diese Technologie ist

LoRa ist eine Funkmodulationstechnologie, die den Datenaustausch in IoT-Netzwerken ermöglicht. IoT steht dabei für Internet of Things, deutsch Internet der Dinge. Diese Technologie kann als Grundlage für öffentliche, private und hybride Netzwerke dienen und bietet eine größere Reichweite als Mobilfunknetze. Signale können in solchen Netzwerken bis zu 15 Kilometer weit übertragen werden und verbrauchen dabei nur sehr wenig Energie.

Ein LoRa-Netzwerk benötigt einen zentralen Server, eine Basisstation (Gateway) und Endgeräte, um zu funktionieren:

Endgeräte überwachen Messstellen und liefern Telemetriedaten.

Basisstationen sammeln Daten von den Endgeräten und übertragen sie zum zentralen Server.

Der zentrale Server verarbeitet und speichert die erfassten Daten. Er verwaltet auch den Betrieb von Basisstationen und Endgeräten.

LoRa-Netzwerke arbeiten standardmäßig im Sub-Gigahertz-Bereich:

Europa: 433 MHz, 868 MHz

Asien: 923 MHz

Nordamerika und Australien: 915 MHz 

In den meisten Ländern ist für diese Frequenzbereiche keine Lizenz erforderlich. Damit wird lediglich die Ausrüstung benötigt, um ein LoRa-Netzwerk aufzubauen.

In den meisten Ländern ist für diese Frequenzbereiche keine Lizenz erforderlich. Damit wird lediglich die Ausrüstung benötigt, um ein LoRa-Netzwerk aufzubauen.

Anwendungsgebiete dieser Technologie

LoRa-Netzwerke finden zahlreiche Anwendungen in verschiedenen Bereichen. Die Technologie ermöglicht die Automatisierung von Management-, Überwachungs- und Steuerungssystemen und vereinfacht deren Betrieb:

Verbrauchserfassung. Smart Meter erfassen automatisch Zählerstände und senden sie an Wasser-, Gas-, Wärme- und Stromversorger.

Straßenbeleuchtung. Intelligente Beleuchtungssysteme werden über IoT-Netzwerke gesteuert. Mit LoRa können Betreiber die Leuchten ein- oder ausschalten, deren Helligkeit anpassen und den Status jeder einzelnen Leuchte überwachen.

Leckmelder. Diese Geräte erkennen Gas- und Wasserlecks und senden automatisch eine Benachrichtigung darüber.

Umweltüberwachung. IoT-Geräte können regelmäßig Informationen über Luft- und Wasserverschmutzung sammeln und darüber berichten.

Intelligente Parkplätze. LoRa-Sensoren werden auf Parkplätzen integriert, um automatisch zu erkennen, ob ein Stellplatz frei ist. Basierend auf den empfangenen Daten erstellt das System einen Parkplatzplan, der am Eingang angezeigt werden kann.

Landwirtschaft. Landwirte nutzen drahtlose Sensoren zur Echtzeitüberwachung des Feuchtigkeitsgehalts und der chemischen Zusammensetzung des Bodens (Phosphat-, Stickstoff-, Natriumgehalt usw.)

Datenübertragungsprotokoll LoRaWAN®

Während es bei der LoRa-Technologie um die Nutzung von Funksignalen geht, ist LoRaWAN® ein Datenübertragungsprotokoll. Dieses Protokoll ermöglicht die Interaktion zwischen Endgeräten und der Basisstation, die Verwaltung der Signalfrequenz und -leistung sowie der Datenübertragungsgeschwindigkeit. Man könnte die folgende Analogie nutzen: LoRa ist vergleichbar mit der menschlichen Stimme und LoRaWAN® mit der Sprache.

LoRaWAN®-Netzwerke zeichnen sich durch zwei Besonderheiten aus: Sie sind für den Betrieb in Weitverkehrsnetzen konzipiert und haben einen sehr niedrigen Energieverbrauch. Signale können bis zu 15 Kilometer weit (bei direkter Sichtlinie) reichen.

Mit LoRa als der zugrunde liegenden Technologie und LoRaWAN® als Datenübertragungsprotokoll ergibt sich eine hohe Durchdringung der Funkwellen. Somit können Geräte Daten auch aus schwer zugänglichen Bereichen senden, zum Beispiel aus Kellerräumen in stark bebauten Gebieten.

Geräte in LoRaWAN®-Netzwerken haben einen niedrigen Strombedarf und können daher mit Batterien betrieben werden (Sensoren, Fernabfragemodule). Die Batterielebensdauer dieser Geräte kann bis zu 15 Jahre betragen, abhängig von der Häufigkeit der Datenübertrag.

Vorteile von LoRaWAN® Netzwerken

Große Reichweite. Die Signalreichweite kann 10 bis 15 Kilometer betragen. Das ist mehr, als andere drahtlose Technologien in Systemen zur Datenerfassung und kleinen Paketübertragung bieten.

Geringer Energieverbrauch. Die Übertragung kleiner Datenpakete benötigt wenig Energie.

Durchdringungskraft. Funksignale werden im Sub-Gigahertz-Band übertragen, was eine Kommunikation auch in schwer zugänglichen Bereichen ermöglicht.

Lizenzfreie Frequenzbänder. Es ist keine Funklizenz ist erforderlich, um ein LoRaWAN®-Netzwerk zu betreiben.

LoRaWAN®-Technologien in Ukraine

The Ukrainian IT company Infomir has used LoRaWAN® networks as the foundation for their Jooby Smart City projects. The technology is used to deploy smart lighting and remote data collection systems. LoRaWAN® networks enable Jooby Avenue system administrators to: Das ukrainische IT-Unternehmen Infomir nutzt LoRaWAN®-Netzwerke als Grundlage für seine Jooby Smart City-Projekte. Diese Technologie wird sowohl für smarte Beleuchtungssysteme als auch zur Ferndatenerfassung eingesetzt. In LoRaWAN®-Netzwerken können die Administratoren von Jooby Avenue Systemen Folgendes machen:

• Leistung der Jooby-Leuchten steuern
• Lichtintensität anpassen
• Kalender und den Betriebszeitplan der Leuchten konfigurieren
• Betrieb des gesamten Systems und jeder einzelnen Leuchte überwachen

Intelligente Beleuchtung

Fernauslesung

Jooby bietet zudem umfassende Lösungen für die Fernauslesung der Zählerstände von Wasser-, Gas-, Strom- und Wärmezählern mittels Funksignalen, die über ein LoRaWAN®-Netzwerk gesendet werden.

Die Transceiver-Basisstation empfängt die Signale der Funkmodule und leitet sie an den Server weiter. Die Daten können dann über die Jooby Dashboard App abgerufen werden. Diese App erstellt Berichte über den Energieverbrauch, den Status der Zähler und Funkmodule, die Qualität der Verbindung zwischen den Geräten sowie den Batteriestand. Die Daten können im CSV-Format exportiert und in externen Anwendungen, wie Microsoft Excel, weiterverarbeitet werden.

Diese Administrationsoberfläche kann allgemeine und persönliche Berichte über den Energieverbrauch erstellen und den Versorger über unerlaubte Entfernung der Zählermodule, Gerätestörungen, Manipulationsversuche mit Magneten sowie niedrigen Batteriestand informieren. Der Zugriff auf die App erfolgt über einen PC.

LoRaWAN®-Netzwerke erfordern keine Lizenz

Jooby-Lösungen können in fremden IoT-Netzwerken oder einem eigenen LoRaWAN®-Netzwerk betrieben werden. Unternehmen können dies mit minimalen Investitionen umsetzen, da die Funksignale über Frequenzbänder übermittelt werden, für die man keine Lizenz benötigt. 

Das Jooby-Team gehörte zu den Ersten, die LoRaWAN®-Technologie in Ukraine einsetzten. Infomir kann Sie bei der Installation von Funksystemen, der Konfiguration von LoRaWAN®-Basisstationen und der Verbindung mit einem IoT-Betreiber unterstützen.

LoRa-Netzwerke ermöglichen eine langfristige, energieeffiziente Kommunikation zwischen IoT-Geräten, die über Jahre hinweg ohne Batteriewechsel betrieben werden können. Diese Technologie bewältigt eine Vielzahl von Herausforderungen, von alltäglichen Aufgaben bis hin zur Schaffung intelligenter Industriestädte. Das zeigt die vielseitigen Einsatzmöglichkeiten von LoRa und LoRaWAN® auf.